JPH06350171A - Solid-state laser device and integral sphere - Google Patents

Solid-state laser device and integral sphere

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JPH06350171A
JPH06350171A JP7521494A JP7521494A JPH06350171A JP H06350171 A JPH06350171 A JP H06350171A JP 7521494 A JP7521494 A JP 7521494A JP 7521494 A JP7521494 A JP 7521494A JP H06350171 A JPH06350171 A JP H06350171A
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JP
Japan
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solid
reflector
state laser
laser medium
light
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JP7521494A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryohei Tanuma
良平 田沼
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To suppress a loss of excited beams within an excited cavity for a solid-state laser by a method wherein a reflector is made as a diffused reflection reflector made of foamed glass and the rear surface is coated with a high reflection material. CONSTITUTION:When foamed glass is used for a reflector, laser beams 10 generated in an exciting lamp 4 are directly received by a laser medium 1 composed of a slave-like YAG crystal, however most of beams except for the beams 10 are received by a foaming glass reflector 6 and make a diffused reflection due to minute air bubbles. A large amount of the received beams 10 are reflected several times and then released, however as transmissivity of, for example, quartz can be deemed as 100% in actuality, a reflection rate becomes almost 100%. However, as beams released onto the reverse surface of the reflector 6 become a loss, silver plating is applied onto the rear surface of the diffused reflection reflector 6 to prevent a transmission of the beams 10 to the rear surface of the reflector to enhance the reflection rate. Accordingly, it is possible to obtain a high reflection rate and effectively oscillate a laser.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ媒質を光に
よって励起してレーザを発振させる固体レーザ装置およ
び光学計測系に使用する積分球に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device for exciting a solid-state laser medium with light to oscillate a laser and an integrating sphere used in an optical measuring system.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体レーザ媒質としてY3 Al5 12
用いたYAGレーザに代表される固体レーザは小形で使
いやすい。それ故、既に多くの使用実績があるレーザ加
工分野のほか、最近では計測、医学等の諸分野にも広く
浸透するようになった。一般に固体レーザ装置では、柱
状体 (ロッド) 状あるいは板状体 (スラブ) 状のレーザ
媒質を、これと平行に配置したクリプトンフラッシュラ
ンプ等の放電管で励起してレーザを発振させる。
2. Description of the Related Art A solid-state laser represented by a YAG laser using Y 3 Al 5 O 12 as a solid-state laser medium is small and easy to use. Therefore, in addition to the laser processing field, which has already been used extensively, it has recently become widely used in various fields such as measurement and medicine. Generally, in a solid-state laser device, a column-shaped (rod) -shaped or plate-shaped (slab) -shaped laser medium is excited by a discharge tube such as a krypton flash lamp arranged in parallel with the laser medium to oscillate the laser.

【0003】固体レーザの最大の課題は次の二つがあ
る。 (1) 発振効率を高める (2) レーザ媒質の発熱に起因する問題を排除する この課題を解決するためには次のことが必要である。 (a) 励起光源が発する光を効率よくレーザ媒質に注入す
る (b) 励起光がレーザ発振に適した波長分布を有している (a) の観点に立った方策の一つは、励起光を反射させる
リフレクタの反射率を上げることである。この目的のた
めに従来から種々の高反射性物質で製作されたリフレク
タが用いられてきた。最も一般的なものは、銅あるいは
黄銅を金めっきしたリフレクタである。このほか、銀め
っきリフレクタあるいはセラミックリフレクタ等が知ら
れている。
The biggest problems of the solid-state laser are the following two. (1) Increasing oscillation efficiency (2) Eliminating problems caused by heat generation of the laser medium To solve this problem, the following is required. (a) Efficiently injecting the light emitted from the excitation light source into the laser medium (b) The excitation light has a wavelength distribution suitable for laser oscillation One of the measures from the viewpoint of (a) is the excitation light Is to increase the reflectance of the reflector that reflects light. For this purpose, reflectors made of various highly reflective materials have been used conventionally. The most common is a gold-plated reflector of copper or brass. In addition, silver-plated reflectors, ceramic reflectors, and the like are known.

【0004】固体レーザの中で板状の結晶を用いるスラ
ブレーザにおいては、 (a)を達成するために、リフレク
タと同様、結晶の断熱材も光の吸収のない材料で構成す
る必要がある。スラブレーザのレーザ媒質は、内部に一
次元熱勾配を形成させるために、スラブ側面のうちレー
ザ光がジグザグ状に伝播するために全反射する一対の側
面を冷却し、他の2側面には断熱材を密着させて熱の流
れを抑止する構造となっている。この断熱材はレーザ媒
質近傍に位置するため、光の吸収があるとレーザの効率
が低下するばかりでなく、断熱材が発熱してレーザ媒質
を加熱するという不都合を生じる。したがって、スラブ
レーザに用いる断熱材は、熱伝導率が小さいことに加え
て、レーザ光および励起光に対して高反射率あるいは高
透過率を有する必要がある。そこでこの断熱材として、
従来はガラス、セラミックス等が用いられてきた。
In the slab laser using a plate crystal in the solid-state laser, in order to achieve (a), the crystal heat insulating material must be made of a material that does not absorb light, like the reflector. The laser medium of the slab laser cools a pair of side surfaces of the slab side surfaces that are totally reflected because the laser light propagates in a zigzag shape in order to form a one-dimensional thermal gradient inside the two side surfaces. The structure is such that the materials are in close contact with each other to prevent heat flow. Since this heat insulating material is located in the vicinity of the laser medium, absorption of light not only reduces the efficiency of the laser, but also causes the heat insulating material to generate heat and heat the laser medium. Therefore, the heat insulating material used for the slab laser needs to have a high thermal conductivity or a high reflectance or a high transmittance for the laser light and the excitation light, in addition to having a low thermal conductivity. So as this heat insulating material,
Conventionally, glass, ceramics, etc. have been used.

【0005】(b)により発振効率を上げる他の方法とし
て、励起光の波長分布をレーザ媒質の励起に適した分布
に変換する方法がある。ランプの発光スペクトルのうち
レーザ発振に適した部分はごく一部であることが、ラン
プ励起固体レーザの効率が低い大きな原因となってい
る。そこでレーザ発振に適した波長の螢光を発光する物
質で励起光の波長を変換しようとするのがこの考え方で
ある。
As another method for improving the oscillation efficiency according to (b), there is a method of converting the wavelength distribution of the pumping light into a distribution suitable for pumping the laser medium. A small part of the emission spectrum of the lamp that is suitable for laser oscillation is a major cause of the low efficiency of the lamp-pumped solid-state laser. Therefore, the idea is to convert the wavelength of the excitation light by using a substance that emits fluorescence having a wavelength suitable for laser oscillation.

【0006】よく知られた方式に、レーザ活性物質とし
てNd3+をドープしたレーザ媒質を用いる固体レーザに
おいて、サマリウム (Sm) あるいは特開昭61−23
374号公報により開示されたセリウム (Ce) をドー
プしたガラスを励起光フィルタとして用いる方法があ
る。これらは紫外線領域の光を吸収して、波長λ=0.6
μm付近の螢光を発する。Nd3+はこの波長領域に吸収
ピークの一つがあるため、螢光を高効率で吸収し発振効
率が改善される。
In a well-known method, samarium (Sm) or Japanese Patent Laid-Open No. 61-23 is used in a solid-state laser using a laser medium doped with Nd 3+ as a laser active material.
There is a method of using glass doped with cerium (Ce) as an excitation light filter, which is disclosed in Japanese Patent No. 374. They absorb light in the ultraviolet region and have a wavelength of λ = 0.6
Fluorescence around μm is emitted. Since Nd 3+ has one of the absorption peaks in this wavelength region, it absorbs fluorescence with high efficiency and the oscillation efficiency is improved.

【0007】同様の方法に、本発明者の発明に係る特開
平2−123776号公報によって開示されたAlGa
As半導体を用いて励起光波長を変換する方法がある。
AlGaAs半導体のバンドギャップは、λ=810n
m付近のフォトエネルギーに相当するため、これより短
波長側の励起光は吸収されて、λ=810nm付近の光
を螢光として発光する。この波長の光はNd3+の励起に
最も適しており、この光によりNd3+が励起されるため
高効率発振が可能になる。
In a similar method, AlGa disclosed by Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-123776 of the present invention is disclosed.
There is a method of converting the excitation light wavelength using an As semiconductor.
The band gap of the AlGaAs semiconductor is λ = 810n
Since it corresponds to the photo energy near m, the excitation light on the shorter wavelength side is absorbed, and the light near λ = 810 nm is emitted as fluorescence. Light of this wavelength is most suitable for pumping Nd 3+ , and since Nd 3+ is pumped by this light, highly efficient oscillation becomes possible.

【0008】SmあるいはCeをドープしたガラスフィ
ルタを用いる方法、AlGaAs半導体フィルタを用い
る方法では、いずれも余分な熱エネルギーの一部がこれ
らのフィルタ内で発生し、レーザ結晶への熱負荷を軽減
することができる。したがってこれらは上記 (2)の固体
レーザ結晶内部での発熱に起因する問題を解決する上で
有効な手段である。
In both the method using a glass filter doped with Sm or Ce and the method using an AlGaAs semiconductor filter, a part of excess thermal energy is generated in these filters, and the heat load on the laser crystal is reduced. be able to. Therefore, these are effective means for solving the problem (2) caused by the heat generation inside the solid-state laser crystal.

【0009】Nd3+を活性物質とする固体レーザの効率
を改善する方法として、W,Koechner著の書籍”Solid
State Laser Engineering,IIIrd Ed"Spninger-Verlag社
刊行(1992)P57に記載されている、NdとCr
をドープしたGd3 Sc2 Ga3 12 (Nd,Cr:G
SGG) 等の多元素添加レーザ媒質を用いる方法があ
る。一般に固体レーザ媒質にドープされたNd3+の吸収
スペクトルは線スペクトルに近い局在化した分布を示す
ため、ランプ光のスペクトル分布との整合が悪い。この
ことがNd:YAGレーザ等の効率が低い大きな原因と
なっている。これに対してCr3+は400〜650nm
にわたる広汎な吸収スペクトルを示す。そこでNd,C
r:GSGG等はCr3+により広い波長範囲の励起光を
吸収し、Cr3+の励起状態からNd3+の励起状態へエネ
ルギーを移動するいわゆる増感作用によってNd3+を励
起する。したがって広い波長範囲の励起光が有効に利用
されるため、Nd3+を単独に用いた場合より効率が向上
する。この方式は励起光波長を変換する代わりにレーザ
媒質の吸収スペクトルを変化させるもので、上記 (b)を
狙う方式の一種と考えることができる。
As a method for improving the efficiency of a solid-state laser using Nd 3+ as an active material, a book “Solid” by W. Koechner is given.
State Laser Engineering, IIIrd Ed "Spninger-Verlag Publishing (1992) P57, Nd and Cr
Doped with Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (Nd, Cr: G
There is a method of using a multi-element doped laser medium such as SGG). In general, the absorption spectrum of Nd 3+ doped in a solid-state laser medium exhibits a localized distribution close to a line spectrum, and thus does not match well with the spectral distribution of lamp light. This is a major cause of the low efficiency of Nd: YAG lasers. On the other hand, Cr 3+ is 400 to 650 nm
It shows a broad absorption spectrum over the range. So Nd, C
r: GSGG etc. absorbs the excitation light in a wide wavelength range by Cr 3+, exciting the Nd 3+ by a so-called sensitizing effect of transferring energy from the excited state of Cr 3+ to an excited state of Nd 3+. Therefore, since the excitation light in a wide wavelength range is effectively used, the efficiency is improved as compared with the case where Nd 3+ is used alone. This method changes the absorption spectrum of the laser medium instead of converting the pumping light wavelength, and can be considered as a kind of method aiming at the above (b).

【0010】以上の方式と若干考え方の異なる方法が特
公平5−66035号公報に開示されている。これはN
d,Cr:GSGG等の多元素添加固体レーザロッドと
Nd:YAGロッドを直列に配置し、多元素添加固体レ
ーザロッドの側から励起光を注入して両者を励起するも
のである。この方式では、多元素添加固体レーザ媒質が
広い波長範囲の光を吸収して発振し、さらにこの媒質を
通過した光がNd:YAGを励起して発振させる。多元
素添加固体レーザ媒質を通過した光はNd:YAGの励
起に適した波長分布を有していることから、全体として
高効率なレーザ発振が可能となる。
A method having a slightly different concept from the above method is disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-66035. This is N
A multi-element-doped solid laser rod such as d, Cr: GSGG and an Nd: YAG rod are arranged in series, and excitation light is injected from the multi-element-doped solid laser rod side to excite both. In this method, a multi-element-doped solid-state laser medium absorbs light in a wide wavelength range and oscillates, and light passing through this medium excites Nd: YAG to oscillate. Light that has passed through the multi-element-doped solid-state laser medium has a wavelength distribution suitable for Nd: YAG excitation, so that highly efficient laser oscillation is possible as a whole.

【0011】以上は固体レーザにおける効率改善の従来
技術に関するものであったが、この他に光の反射が関係
する装置で、同様に光エネルギーの損失低減を要求され
るものとして積分球がある。例えば光のエネルギーを測
定する際、通常光検出器の受光部の面積には制限がある
ため、測定する光の強度分布が異なり、受光し得る光の
割合が異なると、同じエネルギーを有する光であっても
異なる測定結果を得ることになる。積分球はこのような
場合に用いるもので、注入された光がその内面で拡散反
射を繰り返すうちに、強度分布が均一化されるように工
夫されている。積分球内面の高反射性物質としては、M
gOやBaSO4 を主成分とする白色塗料が一般に用い
られている。
The above is related to the prior art for improving the efficiency of the solid-state laser, but in addition to this, there is an integrating sphere as a device related to the reflection of light and similarly required to reduce the loss of light energy. For example, when measuring the energy of light, the area of the light receiving part of the photodetector is usually limited, so if the intensity distribution of the light to be measured is different and the proportion of light that can be received is different, light with the same energy will be detected. Even if there is, different measurement results will be obtained. The integrating sphere is used in such a case, and is devised so that the intensity distribution becomes uniform while the injected light repeats diffuse reflection on the inner surface thereof. As the highly reflective substance on the inner surface of the integrating sphere, M
White paints containing gO or BaSO 4 as a main component are generally used.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】金めっきリフレクタ
は、特にYAGレーザの発振に大きく寄与する波長0.8
μm付近の光に対して反射率が高く、めっき面の汚れ、
劣化などによる反射率の低下も少ないという優れた特長
がある。しかしながら、金めっき面の反射率は0.6μm
以下の波長で低下するため、Nd:YAG結晶の0.5〜
0.6μmの吸収帯で吸収される光に対して損失が大きい
ことから、励起効率に限界がある。また、Cr,Nd:
GSGGやCr:BeAl2 2 ( アレキサンドライト
)などのCr 3+をドープしたレーザ結晶では、0.5〜0.
6μmの波長領域に大きな吸収帯があるため、これらを
レーザ媒質とする固体レーザ装置には金めっきリフレク
タは適さない。
[PROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION] Gold-plated reflector
Has a wavelength of 0.8 which greatly contributes to the oscillation of the YAG laser.
High reflectance for light near μm, stains on the plated surface,
An excellent feature that there is little decrease in reflectance due to deterioration
There is. However, the reflectance of the gold-plated surface is 0.6 μm
Since it decreases at the following wavelengths, the Nd: YAG crystal has 0.5-0.5
Large loss for light absorbed in 0.6 μm absorption band
Therefore, there is a limit to the excitation efficiency. Also, Cr, Nd:
GSGG and Cr: BeAl2O2(Alexandrite
 ) Cr 3+In laser crystals doped with, 0.5 to 0.5.
Since there is a large absorption band in the wavelength range of 6 μm,
A gold-plated reflector is used for a solid-state laser device that uses a laser medium.
Is not suitable.

【0013】また、短波長領域で反射率の高いリフレク
タとして銀めっきリフレクタがあるが、銀は硫化物を形
成して反射率が低下することが最大の問題である。この
問題は、銀の表面にSiO2 などの保護膜をコーティン
グしたり、ガラスの裏面に銀めっきを施して、銀面が直
接冷却水に触れないようにするなどして解決することが
できる。しかし高出力レーザでは、励起光により発生す
る熱により反射面が損傷を受けるため、銀めっきリフレ
クタの使用は困難である。
Further, there is a silver plating reflector as a reflector having a high reflectance in the short wavelength region, but the biggest problem is that silver forms a sulfide and the reflectance is lowered. This problem can be solved by coating the surface of silver with a protective film such as SiO 2 or by plating the back surface of the glass with silver so that the silver surface does not come into direct contact with the cooling water. However, in a high-power laser, the reflection surface is damaged by the heat generated by the excitation light, and thus it is difficult to use the silver-plated reflector.

【0014】さらに、近年になり短波長領域での反射率
が高いセラミックを用いるリフレクタが注目されてい
る。しかし、セラミックリフレクタも反射率の面で必ず
しも十分とはいえない。また、セラミック粒子をガラス
マトリックス中に分散した、いわゆる快削性セラミック
を用いたリフレクタでは、セラミック材料中を光が透過
して反射率が低下するという問題がある。
Further, in recent years, a reflector using a ceramic having a high reflectance in a short wavelength region has been receiving attention. However, the ceramic reflector is not always sufficient in terms of reflectance. Further, in a reflector using so-called free-cutting ceramics in which ceramic particles are dispersed in a glass matrix, there is a problem that light is transmitted through the ceramic material to reduce the reflectance.

【0015】一方、積分球もレーザ用リフレクタと同様
な問題を有している。すなわち、微弱光に対しては、上
記のMgOやBaSO4 を含む塗料は極めて優れた材料
であるが、高出力レーザ光を対象とする場合には光に対
する耐力は十分とは言えない。スラブレーザにおける断
熱材として従来から用いられてきたガラスは、励起光、
レーザ光の両者に対して吸収を持たない。しかし、加工
が難しく、強度も十分とはいえない欠点がある。セラミ
ックスは、この目的の断熱材としては比較的適した素材
であるが、短波長領域の光を吸収するためにこれによる
加熱が問題となる。またガラス、セラミックスとも、断
熱材として十分な程度に熱伝導率が低いとは言えない。
On the other hand, the integrating sphere has the same problem as the laser reflector. That is, although the coating material containing MgO or BaSO 4 is an extremely excellent material for weak light, the resistance to light is not sufficient when high-power laser light is targeted. The glass that has been conventionally used as a heat insulating material in slab lasers is
It has no absorption for both laser beams. However, there are drawbacks that it is difficult to process and the strength is not sufficient. Ceramics is a relatively suitable material as a heat insulating material for this purpose, but since it absorbs light in the short wavelength region, heating due to this causes a problem. Further, it cannot be said that both glass and ceramics have sufficiently low thermal conductivity as a heat insulating material.

【0016】固体レーザの発振効率を上げるために、S
mやCeをドープガラスを励起光フィルタとして用いる
方法は、螢光の発光効率が小さく、固体レーザの効率が
改善されたとしても僅かであることがわかっている。A
lGaAs半導体を用いて励起光波長を変換する方法は
有望であるが、AlGaAsの屈折率が3以上と極めて
高いことが難点である。屈折率が高いと励起光の多くが
反射するため、入射する光が少なく、また内部で波長変
換された光も外部に放出されにくい。またこの素材は酸
化されやすいことも実用上の問題点である。
In order to increase the oscillation efficiency of the solid-state laser, S
It has been known that the method of using m or Ce doped glass as an excitation light filter has a low fluorescence emission efficiency, and even if the efficiency of the solid-state laser is improved, it is small. A
Although a method of converting the wavelength of excitation light using an lGaAs semiconductor is promising, the problem is that the refractive index of AlGaAs is extremely high, which is 3 or more. When the refractive index is high, most of the excitation light is reflected, so that the incident light is small, and the light whose wavelength is converted inside is difficult to be emitted to the outside. Further, it is a practical problem that this material is easily oxidized.

【0017】Nd,Cr:GSGG等の多元素添加固体
レーザ媒質を用いる方法は効率改善に有力な手段である
が、余分に熱エネルギーは結晶内部で発生するために、
レーザ媒質の熱負荷の軽減は期待できない。むしろGS
GG等はYAGより熱伝導率が小さいことから、発熱の
影響が大きく現れる欠点がある。Nd,Cr:GSGG
等の多元素添加固体レーザロッドとNd:YAGロッド
を直列に配置し、多元素添加固体レーザロッドの側から
励起光を注入して両者を励起する方法は、二つの波長の
レーザ光が発振することが問題である。応用によっては
2波長発振が許容される場合もあるが、波長範囲に幅が
あるとレンズの色収差の影響が大きく現れるなど不都合
な点が多い。また熱の影響が大きく現れる点では、N
d,Cr:GSGG等を単独で用いる場合と同様であ
る。
A method using a multi-element-doped solid-state laser medium such as Nd, Cr: GSGG is an effective means for improving efficiency, but since extra heat energy is generated inside the crystal,
Reduction of the heat load of the laser medium cannot be expected. Rather GS
Since GG and the like have a lower thermal conductivity than YAG, there is a drawback that the influence of heat generation is significant. Nd, Cr: GSGG
A multi-element-doped solid laser rod and a Nd: YAG rod are arranged in series, and pumping light is injected from the multi-element-doped solid laser rod side to excite the two. That is the problem. Depending on the application, two-wavelength oscillation may be permitted, but if the wavelength range has a width, there are many inconvenient points such that the influence of the chromatic aberration of the lens becomes significant. In addition, in terms of the significant effect of heat, N
This is the same as the case where d, Cr: GSGG or the like is used alone.

【0018】本発明の第一の目的は、従来の固体レーザ
用リフレクタの問題点を解決して、近赤外から紫外領域
にわたり高い反射率を有するリフレクタを用いた高効率
の固体レーザ装置を提供することにある。本発明の第二
の目的は、従来のスラブレーザ用断熱材の問題点を解決
して、熱伝導率が低く、耐久性にすぐれ、近赤外から紫
外領域にわたり光の吸収がなく、加工性に優れた断熱材
を用いた高効率、高ビーム品質の固体レーザ装置を提供
することにある。
A first object of the present invention is to solve the problems of the conventional solid-state laser reflector and to provide a high-efficiency solid-state laser device using a reflector having a high reflectance in the near infrared to ultraviolet region. To do. A second object of the present invention is to solve the problems of the conventional heat insulating material for slab lasers, low thermal conductivity, excellent durability, no light absorption from near infrared to ultraviolet region, and processability. An object of the present invention is to provide a high-efficiency, high-beam-quality solid-state laser device using an excellent heat insulating material.

【0019】本発明の第三の目的は、従来の励起光波長
を最適なものに変換する方法の問題点を解決して、実用
的に高効率励起光波長変換を行う高効率、高ビーム品質
の固体レーザ装置を提供することにある。本発明の第四
の目的は、高出力レーザ光のような強力な光に耐え得る
積分球を提供することにある。
A third object of the present invention is to solve the problems of the conventional method of converting the wavelength of the pumping light to the optimum one, and to carry out highly efficient pumping light wavelength conversion for practical use. To provide a solid-state laser device. A fourth object of the present invention is to provide an integrating sphere that can withstand strong light such as high power laser light.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記の第一の目的を達成
するために、請求項1記載の第一の本発明は、固体レー
ザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起す
るための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対向
する反射面を有するリフレクタとを備えた固体レーザ装
置において、リフレクタが発泡ガラスよりなるものとす
る。あるいは同じ目的を達成するために、請求項2記載
の第二の本発明は、同様の固体レーザ装置において、リ
フレクタが拡散反射リフレクタであり、その裏面が高反
射性材料により被覆されたものとする。その場合も、拡
散反射リフレクタが発泡ガラスよりなることが良い。
In order to achieve the above-mentioned first object, a first invention according to claim 1 is an optical resonator including a solid-state laser medium, and pumps the solid-state laser medium. In the solid-state laser device provided with a light source for this purpose and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid-state laser medium, the reflector is made of foam glass. In order to achieve the same object, the second invention according to claim 2 is the same solid-state laser device, wherein the reflector is a diffuse reflection reflector, and the back surface thereof is covered with a highly reflective material. . Also in that case, the diffuse reflection reflector is preferably made of foam glass.

【0021】上記の第二の目的を達成するために、請求
項4記載の第三の本発明は、対向した一対の側面が光学
研磨面である板状の固体レーザ媒質と、このレーザ媒質
の両端面を挟んで対向する全反射ミラーおよび出力ミラ
ーと、前記媒質の光学研磨面以外の側面に密着する断熱
材とを備えた固体レーザ装置において、断熱材が発泡ガ
ラスよりなるものとする。
In order to achieve the above-mentioned second object, a third aspect of the present invention according to claim 4 is a plate-like solid laser medium having a pair of opposed side surfaces which are optically polished surfaces, and a laser medium of this laser medium. In a solid-state laser device including a total reflection mirror and an output mirror that face each other with both end faces sandwiched between them, and a heat insulating material that adheres to a side surface of the medium other than the optically polished surface, the heat insulating material is made of foam glass.

【0022】上記の第三の目的を達成するために、請求
項5に記載された第四の本発明は、Nd3+をドープした
固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質
を励起するための光源と、この光源および固体レーザ媒
質に対向する反射面を有するリフレクタとを備えた固体
レーザ装置において、光源およびリフレクタの反射面と
固体レーザ媒質との間に、Cr3+をドープした結晶より
なるフィルタが介在するものとする。その場合、結晶
が、Y3 Al5 12、Y3 Ga5 12、Y3 Sc 2 Ga
3 12、Gd3 Ga5 12、Gd3 Sc2 Ga3 12
La3 Lu2 Ga 3 12、KYnF3 、BeAl
2 4 、LiSrAlF6 およびLiCaAlF 6 のう
ちの一つであることが良い。あるいは同じ第三の目的を
達成するために、請求項7および8に記載の第五の本発
明および第六の本発明は、上記と同様の固体レーザ装置
において、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ
媒質との間に、Cr3+をドープしたガラスあるいはTi
3+をドープしたAl2 3 よりなるフィルタを備えたも
のとする。
In order to achieve the third object mentioned above,
The fourth aspect of the present invention described in Item 5 is Nd.3+Doped
Optical resonator including solid-state laser medium and solid-state laser medium
And a solid-state laser medium for exciting the
With a reflector having a reflective surface opposite the quality
In the laser device, the reflection surface of the light source and reflector
Between the solid laser medium and Cr3+From a crystal doped with
It is assumed that a filter that In that case, the crystal
But Y3AlFiveO12, Y3GaFiveO12, Y3Sc 2Ga
3O12, Gd3GaFiveO12, Gd3Sc2Ga3O12,
La3Lu2Ga 3O12, KYnF3, BeAl
2OFour, LiSrAlF6And LiCaAlF 6Nou
It should be one of them. Or the same third purpose
In order to achieve, a fifth main claim according to claims 7 and 8
The present invention of the sixth and sixth aspects is a solid-state laser device similar to the above.
, The reflective surface of the light source and reflector, and the solid-state laser
Cr between the medium3+Doped glass or Ti
3+Al doped with2O3With a filter consisting of
And

【0023】上記の第四の目的を達成するために、請求
項9に記載された第七の本発明の積分球は、内面が球状
である壁体が発泡ガラスよりなるものとする。
In order to achieve the above-mentioned fourth object, the integrating sphere of the seventh aspect of the present invention described in claim 9 is such that the wall having a spherical inner surface is made of foam glass.

【0024】[0024]

【作用】発泡ガラスは、ガラス中に数百ミクロンの微細
な独立気泡を含むものである。例えば、ガラスが石英ガ
ラス (SiO2 ) の場合、その比重は通常の石英ガラス
の1/10〜1/2である。またこの材料は、熱伝導度
率が石英の1/10程度と小さく、加工が容易なため、
断熱材などに用いられている。本発明者は、例えば石英
ガラス自体は紫外領域まで高い透過率を有する材料であ
るが、発泡ガラスは、内部に無数の固一気界面が存在す
ることにより、高い反射率を有すると考えた。これはち
ょうど微細な氷の集合体である雪の反射率が高いのと同
様である。
The glass foam contains fine closed cells of several hundreds of microns in the glass. For example, when the glass is quartz glass (SiO 2 ), its specific gravity is 1/10 to 1/2 that of ordinary quartz glass. In addition, this material has a small thermal conductivity of about 1/10 that of quartz and is easy to process.
It is used as a heat insulating material. The present inventors considered that, for example, quartz glass itself is a material having a high transmittance up to the ultraviolet region, but foam glass has a high reflectance due to the existence of numerous solid-gas interfaces inside. This is just like the high reflectance of snow, which is a collection of fine ice.

【0025】第一の本発明では、この発泡ガラスを単独
で用いる。励起光源で発生した光は、直接レーザ媒質に
入射するものの他は大部分が発泡ガラスリフレクタに入
射し、微細気泡で乱反射する。入射した光のうち多くは
数回の反射の後リフレクタ外に放出される。中には、何
度も乱反射を繰り返すものもあるが、例えば石英の透過
率は事実上100%とみなすことが出来るため、いずれ
はリフレクタ外に放出されることになる。すなわち反射
率はほぼ100%である。ただし、リフレクタの裏面に
放出される光は損失となるため、第一発明の発泡ガラス
リフレクタは、ある程度の厚みを必要とする。発泡ガラ
スの材料としては石英が理想的であるが、短波長領域で
多少の光の吸収が許容されるのであれば、ほうけい酸ガ
ラス等の他のガラス材料であっても差支えない。このよ
うに、第一発明によれば、励起光のリフレクタでの損失
がほとんど無くなるため、高効率のレーザ発振が可能に
なる。
In the first present invention, this foam glass is used alone. Most of the light generated by the excitation light source is directly incident on the laser medium, and most of the light is incident on the foam glass reflector and is diffusely reflected by the fine bubbles. Most of the incident light is emitted to the outside of the reflector after being reflected several times. Although some diffuse reflection is repeated many times, for example, since the transmittance of quartz can be regarded as 100% in fact, it is eventually emitted outside the reflector. That is, the reflectance is almost 100%. However, since the light emitted to the back surface of the reflector becomes a loss, the foam glass reflector of the first invention requires a certain thickness. Quartz is ideal as the material of the foam glass, but other glass materials such as borosilicate glass may be used as long as they can absorb some light in the short wavelength region. As described above, according to the first aspect of the present invention, since the loss of the excitation light at the reflector is almost eliminated, highly efficient laser oscillation is possible.

【0026】第二の本発明では、拡散反射リフレクタの
裏面を銀等の高反射性材料により被覆する。上記のよう
に、第一発明の発泡ガラスリフレクタは、裏面への光の
透過を防ぐため、ある程度の厚みが必要であった。そこ
で第二発明では、拡散反射リフレクタの裏面に銀めっき
を施すなどして、リフレクタ裏面への光の透過を防止し
て反射率を高める。したがって、小形のリフレクタで高
反射率が得られ、高効率レーザ発振が可能となる。拡散
反射リフレクタに発泡ガラスフィルタを用いれば反射率
はより高くなるが、上記従来技術の項で述べた快削性セ
ラミックリフレクタを用いることもできる。また高反射
性材料としては、銀の他に、MgO、BaSO4 の粉
末、積分球の内面塗装に用いられる白色塗料、レーザ用
リフレクタ材料として開発された高反射性樹脂などが使
用できる。
In the second aspect of the present invention, the back surface of the diffuse reflection reflector is coated with a highly reflective material such as silver. As described above, the foam glass reflector of the first invention needs a certain thickness in order to prevent the transmission of light to the back surface. Therefore, in the second invention, the back surface of the diffuse reflection reflector is plated with silver to prevent the transmission of light to the back surface of the reflector to increase the reflectance. Therefore, high reflectance can be obtained with a small reflector, and high-efficiency laser oscillation can be achieved. If a diffused glass reflector is used with a foamed glass filter, the reflectance will be higher, but it is also possible to use the free-cutting ceramic reflector described in the section of the prior art. In addition to silver, powders of MgO and BaSO 4 , powders of white paint used for the inner surface coating of the integrating sphere, highly reflective resins developed as laser reflector materials, and the like can be used as the highly reflective material.

【0027】前述のように、金以外の高反射性材料を固
体レーザ用リフレクタ材料として用いる場合の最大の問
題は、これらの材料が強力な励起光に耐えられないとい
うことであった。しかるに第二発明によれば、励起光の
大部分は、拡散反射リフレクタで反射され、実際にその
外側の高反射性材料に到達する光は極微量である。すな
わち、高反射性材料は、拡散反射リフレクタから漏れ出
る微弱光を反射するために用いられるものであるから、
光に対する耐力をそれ程考慮する必要がない。またこれ
ら高反射性材料は、拡散反射リフレクタ裏面に密着して
いて、実際の反射面は冷却水等に接触しないため、銀な
ど表面の劣化が問題になる材料にも使用できる。
As described above, the biggest problem in using a highly reflective material other than gold as a reflector material for a solid-state laser is that these materials cannot withstand strong excitation light. However, according to the second invention, most of the excitation light is reflected by the diffuse reflection reflector, and the amount of light that actually reaches the highly reflective material outside thereof is very small. That is, the highly reflective material is used to reflect the weak light leaking from the diffuse reflection reflector,
It is not necessary to consider the resistance to light so much. Further, since these highly reflective materials are in close contact with the back surface of the diffuse reflection reflector and the actual reflective surface does not come into contact with cooling water or the like, they can be used for materials such as silver whose surface deterioration is a problem.

【0028】第三の本発明では、発泡ガラスをスラブレ
ーザの断熱材として用いる。発泡ガラスは上記の如く、
熱伝導率が小さく、高反射率かつ加工性に優れているこ
とからスラブ状レーザ媒質用断熱材として理想的な性能
を発揮する。第四、第五、第六の本発明に用いられる材
料は、従来は固体レーザ媒質として用いられてきた。し
かしこれらの発光スペクトルが、例えば前記の特開平2
−123776号公報に記載されている、λ=810n
m付近のNd3+の励起に適した波長に極大を持つ。本発
明者はこのことからこれらの材料がむしろ励起光波長変
換用素材として適していると考えた。レーザ媒質として
用いる場合は、結晶全体にわたって高い光学的均質性が
要求されるため、これらの要求を満たす大型結晶を育成
することは大きな困難が伴う。しかるに励起光波長変換
フィルタへの適用を前提とするならば、そのような高品
位結晶は必要なく、容易にこの目的に用いる大型結晶を
製作することができる。また熱伝導率が小さくレーザ結
晶として用いた場合は熱レンズ効果が強く現れて十分な
性能が得られない結晶も十分に使用できる。例えばTi
3+をドープしたAl2 3 ( Ti:Sapphire )のよう
に、螢光寿命が短いためにレーザ結晶として用いるため
には強力な励起が必要となるような結晶も、螢光寿命が
短いことは遷移確率が大きく螢光の発光効率が高いこと
を意味するから、波長変換用フィルタとしてはむしろ望
ましいことになる。
In the third aspect of the present invention, foam glass is used as a heat insulating material for a slab laser. Foam glass is as described above
Since it has low thermal conductivity, high reflectance, and excellent workability, it exhibits ideal performance as a heat insulating material for a slab-shaped laser medium. The materials used in the fourth, fifth and sixth aspects of the present invention have been conventionally used as a solid-state laser medium. However, the emission spectra of these are, for example, those of the above-mentioned JP-A-2
Λ = 810n described in Japanese Patent No. 123776.
It has a maximum at a wavelength suitable for excitation of Nd 3+ near m. From this, the inventor thought that these materials were rather suitable as materials for wavelength conversion of excitation light. When used as a laser medium, high optical homogeneity is required over the entire crystal, and therefore it is extremely difficult to grow a large crystal that satisfies these requirements. However, if it is premised on the application to a pumping light wavelength conversion filter, such a high-quality crystal is not necessary, and a large crystal used for this purpose can be easily manufactured. Further, a crystal having a low thermal conductivity and a strong thermal lens effect when used as a laser crystal and sufficient performance cannot be obtained can be sufficiently used. For example Ti
Crystals such as Al 2 O 3 (Ti: Sapphire) doped with 3+, which require strong excitation to be used as a laser crystal due to their short fluorescence lifetime, also have short fluorescence lifetime. Means that the transition probability is large and the emission efficiency of fluorescence is high, so that it is rather desirable as a wavelength conversion filter.

【0029】これらの波長変換フィルタは、λ=400
〜650nmの励起光を吸収し、Nd3+の励起に適した
λ=810nm付近の光を発光する。もちろん波長変換
不要のλ=810nm付近の光はそのまま透過するた
め、波長変換された励起光の分だけ効率が向上する。第
七の本発明では、積分球の拡散反射材料として発泡ガラ
スを用いる。第一の発明で説明したように、発泡ガラス
は光に対して高反射率、かつ高耐力であるから、第七発
明による積分球は、高出力レーザ光に対しても使用可能
である。
These wavelength conversion filters have λ = 400.
It absorbs the excitation light of ˜650 nm and emits the light in the vicinity of λ = 810 nm, which is suitable for the excitation of Nd 3+ . Of course, since the light around λ = 810 nm that does not require wavelength conversion is transmitted as it is, the efficiency is improved by the amount of the wavelength-converted excitation light. In the seventh aspect of the present invention, foam glass is used as the diffuse reflection material of the integrating sphere. As described in the first invention, since the foamed glass has a high reflectance and a high proof stress against light, the integrating sphere according to the seventh invention can be used for high-power laser light.

【0030】[0030]

【実施例】以下、共通の部分に同一の符号を付した各図
を引用して本発明の実施例について説明する。図1
(a) 、 (b) は、第一の本発明および請求項4記載の
第三の本発明の一実施例のスラブYAGレーザを示す。
図において、スラブ状YAG結晶1からなるレーザ媒質
は全反射ミラー2と出力ミラー3の間に配置され、その
上下側面に対向して励起用フラッシュランプ4が設置さ
れている。励起用ランプ4とYAG結晶スラブ1の間に
は紫外線カット用ほうけい酸ガラスフィルタ5が介在
し、ランプ4の背後にはリフレクタ6が存在する。YA
G結晶スラブ1の水平方向の側面では、断熱材7が接触
している。フィルタ5とリフレクタ6に囲まれた空洞に
は水8を流して励起用ランプ4を冷却することができ
る。レーザ光10はYAG結晶スラブ1の中をジグザグ
に進む。第一および第三の本発明により、リフレクタ6
および側面断熱材7は発泡石英ガラスにより作られてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings in which common portions are given the same reference numerals. Figure 1
(a) and (b) show a slab YAG laser of the first invention and one embodiment of the third invention described in claim 4.
In the figure, a laser medium made of a slab-shaped YAG crystal 1 is arranged between a total reflection mirror 2 and an output mirror 3, and an excitation flash lamp 4 is installed so as to face the upper and lower side surfaces thereof. An ultraviolet blocking borosilicate glass filter 5 is interposed between the excitation lamp 4 and the YAG crystal slab 1, and a reflector 6 exists behind the lamp 4. YA
The heat insulating material 7 is in contact with the horizontal side surface of the G crystal slab 1. Water 8 can be caused to flow in the cavity surrounded by the filter 5 and the reflector 6 to cool the excitation lamp 4. The laser light 10 travels in a zigzag through the YAG crystal slab 1. According to the first and third inventions, the reflector 6
The side heat insulating material 7 is made of expanded quartz glass.

【0031】このような構成で、励起用ランプ4で発し
た光のうちフィルタ5を透過して直接YAG結晶スラブ
1に入射するものもあるが、大部分は複雑な経路を辿
る。すなわち、発泡石英ガラスリフレクタ6で乱反射し
た後にYAG結晶スラブ1に入射するもの、冷却水8に
吸収されるもの、冷却水出入口から外部に漏れるもの、
リフレクタ6の裏面から漏れるもの、YAG結晶スラブ
1に入っても結晶に吸収されずに反対側に出るものなど
様々である。従来の金めっきリフレクタを用いた場合
に、リフレクタで吸収される光の割合は概略50%にも
なることが判っている。このように励起光の多くがリフ
レクタに吸収されるのは、上記のように何度もリフレク
タで反射する機会があることと、金めっきリフレクタの
反射率が0.6μm以下の光に対して90%に低下するこ
とに起因している。これに対して、この実施例では、発
泡石英ガラスの反射率がほとんど100%でリフレクタ
6での吸収が極めて少ないため、YAG結晶スラブ1に
吸収される光の割合が増加し、高効率のレーザ発振が可
能となる。
Some of the light emitted from the excitation lamp 4 passes through the filter 5 and enters the YAG crystal slab 1 directly, but most of the light follows a complicated path. That is, what is incident on the YAG crystal slab 1 after being diffusely reflected by the expanded quartz glass reflector 6, what is absorbed by the cooling water 8, what leaks to the outside from the cooling water inlet / outlet,
There are various types such as those leaking from the back surface of the reflector 6 and those leaking to the opposite side without being absorbed by the crystals even if they enter the YAG crystal slab 1. It has been found that when a conventional gold-plated reflector is used, the percentage of light absorbed by the reflector is as high as 50%. In this way, most of the excitation light is absorbed by the reflector because it has many opportunities to be reflected by the reflector as described above, and the reflectance of the gold-plated reflector is 90 μm or less for light of 0.6 μm or less. This is due to the decrease to%. On the other hand, in this embodiment, since the reflectance of the foamed silica glass is almost 100% and the absorption by the reflector 6 is extremely small, the proportion of the light absorbed by the YAG crystal slab 1 is increased and the high efficiency laser is obtained. Oscillation is possible.

【0032】さらにこの実施例では、側面断熱材7にも
発泡石英を用いているため、この部分での吸収もほとん
どなく、より高効率のレーザ発振が達成される。発泡石
英は熱伝導率も低いから、スラブ側面の断熱性能もすぐ
れ、ビーム品質は高い。図2は、第二の本発明の実施例
である。この図では、側面図は図1と同様であるので、
断面図のみ示してある。この実施例では、発泡石英リフ
レクタ6の裏面に銀めっき層9が被着している。リフレ
クタ6は図1の場合に比して薄く、リフレクタに入射し
た光のうち一部は裏面に到達するが、この銀めっき層9
の面で反射されるため、リフレクタ裏側への光の漏れは
無くなる。
Further, in this embodiment, since the side surface heat insulating material 7 is also made of foamed quartz, there is almost no absorption in this portion, and more efficient laser oscillation can be achieved. Since expanded quartz has a low thermal conductivity, it has excellent heat insulation performance on the side surface of the slab and high beam quality. FIG. 2 is a second embodiment of the present invention. In this figure, the side view is similar to that of FIG.
Only the cross-sectional view is shown. In this embodiment, a silver plating layer 9 is adhered to the back surface of the foam quartz reflector 6. The reflector 6 is thinner than in the case of FIG. 1, and a part of the light incident on the reflector reaches the back surface.
Since it is reflected by the surface of, the light leakage to the back side of the reflector is eliminated.

【0033】図3は第二の本発明の異なる実施例であ
る。この実施例も側面図は図1と同様であるため、断面
図のみを示してある。この実施例では、発泡石英リフレ
クタ6と、保護カバー12の間に、酸化マグネシウム
(MgO) 粉末11が充填してある。MgOの反射率が
95%と極めて高いため、図2に示した銀めっき層9の
面と同様、リフレクタ裏面への光の漏れを防止すること
ができる。
FIG. 3 is a different embodiment of the second invention. Since the side view of this embodiment is similar to that of FIG. 1, only a sectional view is shown. In this embodiment, magnesium oxide is provided between the foam quartz reflector 6 and the protective cover 12.
(MgO) powder 11 is filled. Since the reflectance of MgO is extremely high at 95%, it is possible to prevent light from leaking to the back surface of the reflector, like the surface of the silver plating layer 9 shown in FIG.

【0034】図2、図3に示した実施例から分かるよう
に、第二の本発明によるリフレクタは、第一の本発明の
リフレクタ6より高い反射率を有するため、より高効率
のレーザ発振が達成される。また発泡石英リフレクタ6
の厚みを薄くすることが出来るため、装置の小形化が可
能となる。図4 (a) 、 (b) は、第一、第三の本発明
に第四、第五、第六の本発明のいずれかを組み合わせた
実施例である。この実施例では、図1のほうけい酸ガラ
スフィルタ5の代わりに波長変換フィルタ51を用いて
いる。波長変換フィルタ51は、フラッシュランプ41
の光をYAGの励起に最も適したλ=810nm付近の
光に変換する。このフィルタ51は、請求項6ないし8
に記載されたCr3+をドープした、Y3 Al3 12 (Y
AG) 、Y3 Ga5 15 (YGG) 、Y3 Sc2 Ga2
12 (YSGG) 、Gd3 Ga5 12 (GGG) 、Gd
3 Sc2 Ga 3 12 (GSGG) 、La3 Lu2 Ga3
12 (LLGG) 、KYnF3 (KYF) 、BeAl2
4 ( アレキサンドライト) 、LiSrAlF6 ( Li
SAF) 、LiCaAlF6 (LiCAF) 、Cr3+
ドープしたガラスあるいはTi 3+をドープしたAl2
3 ( サファイア) のいずれかを用いる。しかし、これら
の素材が紫外線で劣化するので、それを防止するため
に、励起用のフラッシュランプ41として、チューブに
セリウム (Ce) をドープしたものを用いる。フラッシ
ュランプ41が発光した光のうち、λ=810nm付近
の光は波長変換フィルタ51を透過して直接YAG結晶
1に入射するが、λ=400〜650nmの光の大部分
が波長変換フィルタ51に吸収され、λ=810nm付
近の光に変換されて、この変換光がYAG結晶1に吸収
される。すなわち励起光のほとんどが、YAGの励起に
最も適したλ=810nmの光に変換されることにな
り、極めて高効率のレーザ発振が可能となる。さらにレ
ーザ発振に寄与しない光エネルギーの大部分が波長変換
フィルタ51内で熱エネルギーに変換されるため、YA
G結晶1への熱負荷が減少し、熱レンズ効果等の結晶の
発熱に起因する効果が低減され、発振レーザ光のビーム
品質が向上する。
As can be seen from the embodiments shown in FIGS. 2 and 3.
The reflector according to the second aspect of the present invention is the reflector of the first aspect of the present invention.
Higher efficiency as it has higher reflectance than the reflector 6.
Laser oscillation is achieved. In addition, the foamed quartz reflector 6
Since the thickness of the device can be reduced, the device can be downsized.
It becomes Noh. 4 (a) and 4 (b) show the first and third inventions of the present invention.
Combined with any of the fourth, fifth, and sixth inventions
This is an example. In this example, the borosilicate glass of FIG.
Substituting the wavelength filter 51 instead of the filter 5
There is. The wavelength conversion filter 51 is a flash lamp 41.
Is most suitable for the excitation of YAG in the vicinity of λ = 810 nm
Convert to light. This filter 51 is defined by claim 6 or 8.
Cr described in3+Doped with Y3Al3O12 (Y
AG), Y3GaFiveO15 (YGG), Y3Sc2Ga2
O12 (YSGG), Gd3GaFiveO12 (GGG), Gd
3Sc2Ga 3O12 (GSGG), La3Lu2Ga3
O12 (LLGG), KYnF3 (KYF), BeAl2
OFour(Alexandrite), LiSrAlF6(Li
SAF), LiCaAlF6 (LiCAF), Cr3+To
Doped glass or Ti 3+Al doped with2O
3Use either (sapphire). But these
In order to prevent it from being deteriorated by ultraviolet rays
As a flash lamp 41 for excitation,
A material doped with cerium (Ce) is used. Flashy
Of the light emitted by the lamp 41 near λ = 810 nm
Light passes through the wavelength conversion filter 51 and directly passes through the YAG crystal.
1, but most of the light at λ = 400-650 nm
Is absorbed by the wavelength conversion filter 51 and has λ = 810 nm
Converted to near light, this converted light is absorbed by YAG crystal 1.
To be done. That is, most of the excitation light is used to excite YAG.
It will be converted into the most suitable λ = 810 nm light.
Therefore, laser oscillation with extremely high efficiency becomes possible. Further
Most of the light energy that does not contribute to laser oscillation is wavelength converted
Since it is converted into heat energy in the filter 51, YA
The heat load on the G crystal 1 is reduced, and the crystal of the thermal lens effect etc.
The effect caused by heat generation is reduced, and the beam of oscillation laser light is
Quality is improved.

【0035】図5は、第四、第五、第六の本発明のロッ
ドタイプのYAGレーザにおける実施例である。すなわ
ち、ロッド状Nd:YAG結晶21がレーザ媒質であ
る。この実施例では素材としてセラミックスを用いたリ
フレクタ22が用いられている。このリフレクタ22
は、YAG結晶ロッド21を囲む管状の波長変換フィル
タ52とフラッシュランプ2を囲むほうけい酸ガラス製
フローチューブ23を収容する。フローチューブ23に
は、入口24から出口25へ流れる冷却水の通路とな
り、この冷却水がランプ2を冷却する。また、YAG結
晶ロッド21とフィルタ52との間の空間は、入口26
から出口27へ流れる冷却水の通路となり、この冷却水
がYAG結晶ロッド21を冷却する。フィルタ52およ
びフローチューブ23とリフレクタ22の間の空間28
にも冷却水が満たされる。フィルタ52の素材は、図4
のフィルタ51と同様、Cr:YAG、Cr:YGG、
Cr:YSGS、Cr:GGG、Cr:GSGG、C
r:LLGG、Cr:KYF、Cr:LiSAF、C
r:LiCAF、Crドープアレキサンドライト、Cr
ドープガラス、Tiドープサファイアのいずれかであ
る。
FIG. 5 shows an embodiment of the rod type YAG laser of the fourth, fifth and sixth aspects of the present invention. That is, the rod-shaped Nd: YAG crystal 21 is the laser medium. In this embodiment, the reflector 22 using ceramics as a material is used. This reflector 22
Accommodates a tubular wavelength conversion filter 52 surrounding the YAG crystal rod 21 and a borosilicate glass flow tube 23 surrounding the flash lamp 2. The flow tube 23 serves as a passage for cooling water flowing from the inlet 24 to the outlet 25, and the cooling water cools the lamp 2. Further, the space between the YAG crystal rod 21 and the filter 52 has an inlet 26
The cooling water flows from the outlet to the outlet 27, and the cooling water cools the YAG crystal rod 21. Space between filter 52 and flow tube 23 and reflector 22
Also, the cooling water is filled. The material of the filter 52 is shown in FIG.
Like the filter 51 of Cr: YAG, Cr: YGG,
Cr: YSGS, Cr: GGG, Cr: GSGG, C
r: LLGG, Cr: KYF, Cr: LiSAF, C
r: LiCAF, Cr-doped alexandrite, Cr
It is either doped glass or Ti-doped sapphire.

【0036】図6は、第七の本発明の実施例で、レーザ
光のパワー測定に用いる積分球を示す。この積分球は、
内部に球状空間32を有する壁体31からなり、この壁
体が本発明により発泡石英で形成されている。壁体31
の一方に設けられた入射口33から空間32内に入った
レーザ光10は壁体31の内面で乱反射される。光は反
射を繰り返し、入射口33から再び外部に漏れたり、発
泡石英を通り抜ける一部の光以外は、出射口34にはめ
込まれた検出部35に到達しパワーが測定される。レー
ザ光10は空間32内部で乱反射されて、均一な強度分
布が得られるため、積分球入射以前のレーザ光の強度分
布に影響されることなく、パワー測定が可能になる。こ
の実施例では、反射面は発泡石英であるから、レーザ光
に対する耐力が高く、高出力レーザに対しても問題なく
適用することができる。
FIG. 6 shows an integrating sphere used for measuring the power of laser light in the seventh embodiment of the present invention. This integrating sphere is
It comprises a wall 31 having a spherical space 32 therein, which wall is made of expanded quartz according to the invention. Wall 31
The laser light 10 entering the space 32 through the entrance 33 provided on one side is diffusely reflected by the inner surface of the wall body 31. The light repeats reflection, leaks again to the outside from the entrance 33, and except for a part of the light that passes through the foamed quartz, reaches the detector 35 fitted in the exit 34 and the power is measured. Since the laser light 10 is diffusely reflected inside the space 32 and a uniform intensity distribution is obtained, it is possible to measure the power without being affected by the intensity distribution of the laser light before the incidence on the integrating sphere. In this embodiment, since the reflecting surface is made of expanded silica, it has a high resistance to laser light and can be applied to a high-power laser without any problem.

【0037】[0037]

【発明の効果】第一、第二の本発明によれば、発泡ガラ
スをリフレクタに用いることにより、あるいは拡散反射
フィルタの裏面側に出る光を反射する高反射材料層を設
けることにより、固体レーザ用励起キャビティ内での励
起光の損失を抑制できる。それにより、固体レーザの発
振効率を格段に高めることが可能となった。第三の本発
明によれば、発泡ガラスを断熱材として用いることによ
り、スラブレーザの側面断熱の性能を改善して、ビーム
品質を向上させることができた。
According to the first and second aspects of the present invention, the solid-state laser is provided by using the foam glass for the reflector or by providing the highly reflective material layer for reflecting the light emitted to the back side of the diffuse reflection filter. It is possible to suppress the loss of pumping light in the pumping cavity. As a result, it has become possible to significantly increase the oscillation efficiency of the solid-state laser. According to the third aspect of the present invention, by using the foam glass as the heat insulating material, the side heat insulation performance of the slab laser can be improved and the beam quality can be improved.

【0038】第四、第五、第六の本発明によれば、Nd
3+をドープしたレーザ媒質を用いた固体レーザの励起光
のほとんどを、CrあるいはTiの3価イオンをドープ
した物質よりなる波長変換フィルタを用いることによ
り、励起に最も適した光に変換することができる。この
結果、極めて高効率のレーザ発振が可能となる。さらに
レーザ発振に寄与しない光エネルギーの大部分が波長変
換フィルタ内で熱エネルギーに変換されるため、レーザ
結晶への熱負荷が減少し、熱レンズ効果等の結晶の発熱
に起因する効果が低減され、発振レーザ光のビーム品質
を改善することができた。
According to the fourth, fifth and sixth inventions, Nd
Most of the excitation light of a solid-state laser using a 3 + -doped laser medium is converted into the most suitable light for excitation by using a wavelength conversion filter made of a substance doped with Cr or Ti trivalent ions. You can As a result, extremely high efficiency laser oscillation is possible. Furthermore, most of the light energy that does not contribute to laser oscillation is converted into heat energy in the wavelength conversion filter, so the heat load on the laser crystal is reduced, and the effects due to heat generation of the crystal such as the thermal lens effect are reduced. It was possible to improve the beam quality of the oscillated laser light.

【0039】第七の本発明によれば、球状内面をもつ壁
体を発泡ガラスで作ることにより、高出力レーザ光にも
適用可能な積分球を提供することができた。
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to provide an integrating sphere applicable to high-power laser light by forming a wall body having a spherical inner surface from foam glass.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第一、第三の本発明の一実施例の固体レーザ装
置の構成図であり、 (a) は装置の側断面図、 (b) は
(a) におけるA−A線矢視断面図
1A and 1B are configuration diagrams of a solid-state laser device according to an embodiment of the first and third aspects of the present invention, in which FIG. 1A is a side sectional view of the device, and FIG.
(a) AA line sectional view taken on the line in FIG.

【図2】第二の本発明の一実施例の固体レーザ装置の構
成を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a solid-state laser device according to an embodiment of the second invention.

【図3】第二の本発明の異なる実施例の固体レーザ装置
の構成を示す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a solid-state laser device according to another embodiment of the second invention.

【図4】第四、第五、第六の本発明の一実施例の固体レ
ーザ装置の構成図であり、 (a) は装置の側断面図、
(b) は (a) におけるB−B線矢視断面図
FIG. 4 is a configuration diagram of a solid-state laser device according to an embodiment of the fourth, fifth and sixth aspects of the present invention, in which (a) is a side sectional view of the device,
(b) is a sectional view taken along the line BB in (a).

【図5】第四、第五、第六の本発明の異なる実施例の固
体レーザ装置の構成図であり、(a) は装置の側断面
図、 (b) は (a) におけるC−C線矢視断面図
5A and 5B are configuration diagrams of solid-state laser devices according to different embodiments of the fourth, fifth, and sixth aspects of the present invention, in which FIG. 5A is a side sectional view of the device, and FIG. 5B is CC in FIG. Sectional view taken along the line

【図6】第七の本発明の実施例の積分球の構成を示す断
面図
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of an integrating sphere according to an example of the seventh invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 YAG結晶スラブ 2 全反射ミラー 3 出力ミラー 4、41 励起用ランプ 5 フィルタ 51、52 波長変換フィルタ 6 発泡石英リフレクタ 7 側面断熱材 9 銀めっき層 10 レーザ光 11 MgO粉末 21 YAG結晶ロッド 22 セラミックスリフレクタ 31 壁体 32 球状空間 33 入射口 34 出射口 35 検出部 1 YAG Crystal Slab 2 Total Reflection Mirror 3 Output Mirror 4, 41 Excitation Lamp 5 Filter 51, 52 Wavelength Conversion Filter 6 Foam Quartz Reflector 7 Side Thermal Insulation 9 Silver Plated Layer 10 Laser Light 11 MgO Powder 21 YAG Crystal Rod 22 Ceramics Reflector 31 Walls 32 Spherical Space 33 Inlet 34 Outlet 35 Detector

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固
体レーザ媒質を励起するための光源と、この光源および
固体レーザ媒質に対向する反射面を有するリフレクタと
を備えたものにおいて、リフレクタが発泡ガラスよりな
ることを特徴とする固体レーザ装置。
1. A reflector comprising: an optical resonator including a solid-state laser medium; a light source for exciting the solid-state laser medium; and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid-state laser medium. A solid-state laser device comprising a foam glass.
【請求項2】固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固
体レーザ媒質を励起するための光源と、この光源および
固体レーザ媒質に対向する反射面を有するリフレクタと
を備えたものにおいて、リフレクタが拡散反射リフレク
タであり、その裏面が高反射性材料により被覆されたこ
とを特徴とする固体レーザ装置。
2. A reflector comprising an optical resonator including a solid-state laser medium, a light source for exciting the solid-state laser medium, and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid-state laser medium. A solid-state laser device which is a diffuse reflection reflector, the back surface of which is coated with a highly reflective material.
【請求項3】拡散反射リフレクタが発泡ガラスよりなる
請求項2記載の固体レーザ装置。
3. The solid-state laser device according to claim 2, wherein the diffuse reflection reflector is made of foam glass.
【請求項4】対向した一対の側面が光学研磨面である板
状の固体レーザ媒質と、このレーザ媒質の両端面を挟ん
で対向する全反射ミラーおよび出力ミラーと、前記媒質
の光学研磨面以外の側面に密着する断熱材とを備えたも
のにおいて、断熱材が発泡ガラスよりなることを特徴と
する固体レーザ装置。
4. A plate-shaped solid-state laser medium having a pair of opposed side faces which are optically polished faces, a total reflection mirror and an output mirror which face each other with both end faces of the laser medium interposed therebetween, and other than the optically polished faces of the medium. And a heat insulating material that adheres to the side surface of the solid laser device.
【請求項5】3価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、3価のクロムイオンをドープした結晶よりなる
フィルタが介在することを特徴とする固体レーザ装置。
5. An optical resonator including a solid laser medium doped with trivalent neodymium ions, a light source for exciting the solid laser medium, and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid laser medium. A solid-state laser device comprising a light source, a reflecting surface of a reflector, and a solid-state laser medium, and a filter made of a crystal doped with trivalent chromium ions.
【請求項6】結晶が、Y3 Al5 12、Y3 Ga
5 12、Y3 Sc2 Ga312、Gd3 Ga5 12、G
3 Sc2 Ga3 12、La3 Lu2 Ga3 12、KY
nF3 、BeAl2 4 、LiSrAlF6 およびLi
CaAlF6 のうちの一つである請求項5記載の固体レ
ーザ装置。
6. The crystal is Y 3 Al 5 O 12 , Y 3 Ga.
5 O 12 , Y 3 Sc 2 Ga 3 O 12 , Gd 3 Ga 5 O 12 , G
d 3 Sc 2 Ga 3 O 12 , La 3 Lu 2 Ga 3 O 12, KY
nF 3 , BeAl 2 O 4 , LiSrAlF 6 and Li
The solid-state laser device according to claim 5, which is one of CaAlF 6 .
【請求項7】3価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、3価のクロムイオンをドープしたガラスよりな
るフィルタを備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
7. An optical resonator including a solid-state laser medium doped with trivalent neodymium ions, a light source for exciting the solid-state laser medium, and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid-state laser medium. A solid-state laser device comprising a filter made of glass doped with trivalent chromium ions between the light source and the reflecting surface of the reflector and the solid-state laser medium.
【請求項8】3価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、3価のチタンイオンをドープしたAl2 3
りなるフィルタを備えたことを特徴とする固体レーザ装
置。
8. An optical resonator including a solid-state laser medium doped with trivalent neodymium ions, a light source for exciting the solid-state laser medium, and a reflector having a reflecting surface facing the light source and the solid-state laser medium. A solid-state laser device comprising: a light source, a reflecting surface of a reflector, and a solid-state laser medium, and a filter made of Al 2 O 3 doped with trivalent titanium ions.
【請求項9】内面が球状である壁体が発泡ガラスよりな
ることを特徴とする積分球。
9. An integrating sphere characterized in that the wall having a spherical inner surface is made of foam glass.
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